EP2440872B1 - Verfahren zum betreiben eines bodenspülsystems eines bof-konverters - Google Patents

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EP2440872B1
EP2440872B1 EP10723541A EP10723541A EP2440872B1 EP 2440872 B1 EP2440872 B1 EP 2440872B1 EP 10723541 A EP10723541 A EP 10723541A EP 10723541 A EP10723541 A EP 10723541A EP 2440872 B1 EP2440872 B1 EP 2440872B1
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating in a distributed arrangement of a plurality of a central tube and an outer tube existing annular gap nozzles having soil flushing system of a BOF converter with inert gas injection for decarburization of the melt in the converter.
  • One of several nested nozzle tubes blowing nozzle is still through the WO 99/29913 A1 known.
  • an inert gas argon or nitrogen
  • the various gas streams are combined in a mixing zone formed above the nozzle tube outlet cross sections.
  • the flushing blocks or blocks consist of a refractory, such as ceramic material.
  • the purging blocks or blocks in turn are interspersed with nozzles in order to introduce the inert gas into the molten metal present in the converter.
  • the gas flows through the converter nozzles under high pressure and at high speed and enters the molten metal from below in the area of the converter base.
  • a stirring effect or bath movement is achieved in the melt, which compensates, inter alia, temperature differences in the molten bath.
  • the nozzles thus operate under harsh conditions, especially at their discharge end, which is permanently in contact with the molten metal. Accordingly, the nozzle is subject to high wear.
  • the burn-up or premature wear of the nozzles at their feed end is, according to experience, approximately 0.25 mm per converter charge.
  • the refractory material of the purging plug or Spülblockes in the immediate vicinity of the nozzle by the pressure and the high velocity of the injected gas also wears heavily and is concavely washed out.
  • the durability of the bottom with the purging blocks or blocks and the nozzles is based on the example of a 330t BOF converter in the range of about 4000 melts, whereas the durability of the also coated with a refractory material side walls of the converter is about 7000 melts.
  • the invention is therefore based on the object to avoid the disadvantages described above and to provide a method by which the durability of the nozzles and the purging plug or block significantly improved and thus the number of melting cycles in the converter is increased.
  • the inert gas at least temporarily together with hydrocarbon and together as a gas mixture with a supplied through the gap between the central tube and the outer tube, with the inert gas or gas mixture of the central tube reacting jacket gas with a Blowing rate ⁇ 0.045 Nm 3 / tx Min. Is injected for bath movement, wherein the annular gap nozzles circular enclosing, mushroom-shaped, porous steel shell is formed by the cladding gas at the meeting with the liquid steel.
  • the inert gas preferably argon or nitrogen, and also the hydrocarbon is injected for metallurgical treatment of the molten metal as a core jet according to the invention via the central tube or die in the molten steel, while the shell gas, in addition to hydrocarbon optionally also steam or CO 2 , as an outer ring beam blown.
  • the at the meeting Inert gas with the liquid steel then caused on the one hand bath movement and on the other hand caused cleavage of the cladding gas leads to a very energy-consuming reaction with solidification of the liquid steel in the nozzle area.
  • the diameter, for example up to 15 cm, and the height, for example up to 4 cm, of the mushroom-shaped, porous and circularly surrounding the nozzle steel shell can be varied.
  • the porous iron fungus thus covers, on the one hand, the purge block or block in the surrounding area of the nozzles, which prevents wear in the form of leaching of the refractory material.
  • the nozzles are protected by the einhausende foreclosure from burning. The only used for bath movement nozzle assembly requires only small amounts of gas, which can achieve a blow rate, which is about ⁇ 0.045 Nm 3 / tx min.
  • porous iron fungus or steel jacket forms as a batch over the top of the central inert gas nozzle during the solidification of the molten metal and thus should enforce it, advantageously a small amount of oxygen can be temporarily added to the inert gas and thereby the inert gas nozzle or the central tube be burned.
  • a further embodiment of the invention provides that each annular gap nozzle is controlled individually and a constant pressure is maintained. Should there be an increase in pressure in spite of the pressure parameters previously set in the control system, whereby both the central tube and the annular gap would become clogged, a changeover to an oxygen or inert gas admixture takes place in the control system until the previously set, constant Target pressure is reached again.
  • the sprayed slag is allowed to solidify, forming a protective layer for the refractory material in the bottom and sidewalls.
  • the inventively designed in a circular manner around the annular gap, porous, also very rough iron fungus increases in this area the surface. As well as its surface. is relatively cold, can be achieved in this way that caking of the splattered slag accelerated on the iron fungus and the adhesion is improved after cooling.
  • the Fig. 1 shows a known in the art soil rinse stone 1 of a BOF converter, not shown here for refining, mixing and / or rinsing a molten steel.
  • the floor scavenger 1 a pipe 2 as a nozzle, via which an inert gas 3, for example nitrogen, is blown for bath movement.
  • the nozzle / tube 2 is embedded in a monoblock 4, which consists of a refractory material, for example ceramic, which in turn is enclosed by the refractory material 5 of the lining of the converter.
  • a nozzle assembly is provided, which consists of an annular tube 11 from the central tube 2 and a concentric with an annular gap 8 surrounding outer tube 7.
  • the nozzle diameter of the central tube 2 does not need to be more than 5 mm and that of the annular gap nozzle 11 not more than 1 mm.
  • Inert gas 3 and intermittently hydrocarbon are injected via the central tube 2, while hydrocarbon and / or oxygen are blown through the annular gap 8 of the annular die 11 in a mixture with inert gas as the jacket gas 9.
  • the jacket gas 9 meets with the molten steel, the hydrocarbon is split. Since this reaction requires a lot of energy, a solidification of steel in the immediate vicinity 6 of the annular gap nozzle 11 is achieved.
  • a mushroom-shaped, porous steel jacket 10 forms in a circle around the annular gap nozzles 11.
  • the porous iron fungus or steel jacket 10 prevents, on the one hand, the premature wear of the refractory material of the monobloc 4, since it lies protectively over it, and, on the other hand, a burning of the tubes 2, 7 of the annular gap nozzle 11, since it surrounds them concentrically and thus towards the outside forecloses.
  • the porous iron fungus 10 enforces the central tube 2 of the annular gap nozzle 11, a small amount of oxygen can be added to the inert gas 3. Due to the added amount of oxygen and the associated reaction, the central tube 2 burns freely. For the annular gap 8 can also be driven an inert gas-oxygen mixture, if clogging appears. The oxygen thus serves only to control or form the size of the iron fungus 10.
  • an inert gas 3 eg Ar or N 2 , and (Ar + O 2 ) + (N 2 + O 2 ) can be driven.
  • the annular gap nozzles 11 of the converter are integrated into a control loop, which on the one hand individually controls and regulates each central tube 2 and the annular gap 8 and on the other hand keeps constant the pressure with which the nozzles are acted upon. Should there nevertheless be an increase in pressure above an upper limit, the annular gap 7 and / or the central tube 2 becoming clogged, then the system is driven in the mode "oxygen / inert gas" via the control loop until the target pressure is reached again.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines in verteilter Anordnung mehrere aus einem Zentralrohr und einem Außenrohr bestehende Ringspaltdüsen aufweisenden Bodenspülsystems eines BOF-Konverters mit Inertgas-Einblasung zur Entkohlung der Schmelze im Konverter.
  • Das Spülen einer Schmelze, insbesondere einer Stahl- bzw. Metallschmelze, in einem BOF (Basic Oxygen Furnace)-Konverter mit Hilfe von Inertgas und am Konverterboden angeordneten, unterschiedlichsten Spülsteintypen bzw. Spülblöcken, ist ein im Stand der Technik hinlänglich bekanntes Verfahren.
  • Durch die EP 1 641 946 B1 sind im Zusammenhang mit Aufblasverfahren bei der Herstellung von legierten Metallschmelzen bzw. beim Frischen von Roheisen in einem Konverter zur unterstützenden Bodeneinblasung verschiedenster Energieträger, Legierungsmittel, Auf- und Entkohlungsmittel oder dergleichen aus einem Zentralrohr und mindestens einem konzentrischen Ringkanal bestehende Ringspaltdüsen bekanntgeworden. Bei einem mehrstufigen Verfahren wird in allen Verfahrensschritten über den Ringspalt Kohlenwasserstoff eingeblasen. Die Blasrate liegt bei 0,25 bis 3,5 Nm3/t x Min. und erfordert große Gasmengen.
  • Aus der EP 0 644 269 A1 ist eine Blasdüse mit drei konzentrisch ineinander geschachtelten Düsenrohren bekannt. Es werden gleichzeitig ein Brennstoffgas und Sauerstoff in eine Stahlschmelze eingebracht, wobei über ein Zentralrohr ein Mittelstrahl aus Erdgas oder Sauerstoff eingeblasen wird.
  • Eine aus mehreren ineinander geschachtelten Düsenrohren bestehende Blasdüse ist weiterhin durch die WO 99/29913 A1 bekanntgeworden. Dabei wird über das Außenrohr ein Inertgas (Argon oder Stickstoff) zugeführt. Die verschiedenen Gasströme werden in einer oberhalb der Düsenrohraustrittsquerschnitte ausgebildeten Mischzone (mixing zone) zusammengeführt.
  • Aus der JP 59 019 424 A und der US 4 435 211A sind Zweirohr-Blasdüsen bekannt, wobei durch das Zentralrohr Sauerstoff und das Außenrohr ein Kühlmedium eingeblasen wird.
  • Bei den gattungsgemäßen Konverter-Spülsystemen bestehen die Spülsteine bzw. -blöcke aus einem feuerfesten, beispielsweise keramischen Material. Die Spülsteine bzw. -blöcke sind ihrerseits mit Düsen durchsetzt, um das Inertgas in die im Konverter befindliche Metallschmelze einzubringen.
  • Dazu strömt das Gas unter hohem Druck und mit großer Geschwindigkeit durch die Konverter-Düsen und tritt im Bereich des Konverterbodens von unten her in die Metallschmelze ein. Dadurch wird in der Schmelze eine Rührwirkung bzw. Badbewegung erreicht, die unter anderem auch Temperaturunterschiede im Schmelzbad ausgleicht.
  • Die Düsen arbeiten somit unter rauen Bedingungen, insbesondere an ihrem Einleitungsende, welches permanent in Kontakt mit dem geschmolzenen Metall steht. Dementsprechend unterliegt die Düse einem hohen Verschleiß.
  • Der Abbrand bzw. der voreilende Verschleiß der Düsen an ihrem Einspeisungsende beträgt dabei erfahrungsgemäß ungefähr 0,25 mm pro Konverter-Charge.
  • Hinzu kommt, dass das feuerfeste Material des Spülsteins bzw. Spülblockes in unmittelbarer Umgebung der Düse durch den Druck und die große Geschwindigkeit des eingeblasenen Gases ebenfalls stark verschleißt und dabei konkav ausgewaschen wird.
  • Die Haltbarkeit des Bodens mit den Spülsteinen bzw. -blöcken und den Düsen liegt am Beispiel eines 330t BOF-Konverters im Bereich von ca. 4000 Schmelzen, wohingegen die Haltbarkeit der ebenfalls mit einem feuerfesten Material ausgekleideten Seitenwände des Konverters etwa 7000 Schmelzen beträgt.
  • Die Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Haltbarkeit der Düsen und des Spülsteins bzw. -blocks erheblich verbessert und somit die Anzahl der Schmelzzyklen im Konverter gesteigert wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass über das Zentralrohr im Betrieb das Inertgas zumindest zeitweise zusammen mit Kohlenwasserstoff und gemeinsam als ein Gasgemisch mit einem durch den Spalt zwischen dem Zentralrohr und dem Außenrohr zugeführten, mit dem Inertgas bzw. Gasgemisch des Zentralrohres reagierenden Mantelgas mit einer Blasrate ≤ 0,045 Nm3/t x Min. zur Badbewegung eingeblasen wird, wobei durch das sich beim Zusammentreffen mit dem flüssigen Stahl spaltende Mantelgas ein die Ringspaltdüsen kreisförmig umschließender, pilzförmiger, poröser Stahlmantel ausgebildet wird.
  • Das Inertgas, vorzugsweise Argon oder Stickstoff, und auch der Kohlenwasserstoff wird zur metallurgischen Behandlung der Metallschmelze als Kernstrahl erfindungsgemäß über das Zentralrohr bzw. die -düse in die Stahlschmelze eingeblasen, während das Mantelgas, neben Kohlenwasserstoff optional auch Wasserdampf oder CO2, als äußerer Ringstrahl eingeblasen wird. Die beim Zusammentreffen des Inertgases mit dem flüssigen Stahl dann einerseits hervorgerufene Badbewegung und andererseits bewirkte Spaltung des Mantelgases führt zu einer sehr viel Energie benötigenden Reaktion mit Erstarrung des flüssigen Stahls im Düsenbereich. In Abhängigkeit von der eingeblasenen Mantelgasmenge lassen sich der Durchmesser, z.B. bis 15 cm, und die Höhe, z.B. bis 4 cm, des pilzförmigen, porösen und die Düsen kreisförmig umschließenden Stahlmantels variieren. Der poröse Eisenpilz deckt somit zum einen den Spülstein bzw. -block im Umgebungsbereich der Düsen ab, wodurch ein Verschleiß in Form von Auswaschungen des feuerfesten Materials verhindert wird. Zum anderen werden die Düsen durch die einhausende Abschottung vor Abbrand geschützt. Die nur zur Badbewegung dienende Düsenanordnung benötigt nur kleine Gasmengen, wobei sich eine Blasrate erreichen lässt, die etwa bei ≤ 0,045 Nm3/t x Min. liegt.
  • Wenn sich der poröse Eisenpilz bzw. Stahlmantel bei der Verfestigung der Metallschmelze als Ansatz über der Spitze der zentralen Inertgas-Düse ausbilden und diese somit zusetzen sollte, kann vorteilhaft dem Inertgas temporär eine geringe Menge Sauerstoff zugemischt und dadurch die Inertgas-Düse bzw. das Zentralrohr freigebrannt werden.
  • Gleiches gilt bei einem sich abzeichnenden Zusetzen des Ringspaltes für die das Mantelgas einblasende Düse, über den bzw. die dann kurzzeitig ebenfalls eine Inertgas-Sauerstoffmischung gefahren werden kann.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jede Ringspaltdüse individuell geregelt und ein konstanter Druck aufrecht erhalten wird. Sollte es dabei trotz der vorher im Regelsystem festgelegten Druckparameter zu einer Druckerhöhung kommen, wobei sich sowohl das Zentralrohr als auch der Ringspalt zusetzen würden, erfolgt im Regelsystem so lange eine Umschaltung auf eine Sauerstoff- bzw. Inertgas-Beimischung, bis der vorher eingestellte, konstante Zieldruck wieder erreicht ist.
  • Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ergibt sich, wenn der Konverter mit dem sogenannten "Slag Splashing" gefahren wird. Dabei handelt es sich um ein bekanntes Verfahren, bei dem man nach dem Konverterabstich die Restschlacke im Konverter behält. Auf diese Restschlacke werden dann mit Hilfe einer Toplanze große Mengen Stickstoff mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit in den Konverter geblasen. Die Restschlacke wird hierbei an die Seitenwände und an den Boden des Konvertergefäßes gespritzt.
  • Nach dem Einblasen lässt man die aufgespritzte Schlacke erstarren, so dass sich eine Schutzschicht für das feuerfeste Material im Boden und an den Seitenwänden bildet. Der erfindungsgemäß kreisförmig um die Ringspaltdüse ausgebildete, poröse, zudem sehr raue Eisenpilz vergrößert in diesem Bereich die Oberfläche. Da außerdem seine Oberfläche. relativ kalt ist, lässt sich auf diese Weise erreichen, dass ein Anbacken der verspritzten Schlacke auf dem Eisenpilz beschleunigt und die Haftung nach dem Erkalten verbessert wird.
  • Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen anhand eines Bodenspülsteins schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Es zeigen:
    • Fig. 1
    in einer schematischen Schnittansicht einen konventionellen, im Stand der Technik bekannten Bodenspülstein eines BOF-Konverters, der zum Spülen einer Stahlschmelze eine Düse aufweist; und
    Fig. 2
    in einer schematischen Schnittansicht einen erfindungsgemäßen Bodenspülstein eines BOF-Konverters, der zum Spülen der Stahlschmelze eine Ringspaltdüsenanordnung aufweist.
  • Die Fig. 1 zeigt einen im Stand der Technik bekannten Bodenspülstein 1 eines hier nicht dargestellten BOF-Konverter zum Raffinieren, Mischen und/oder Spülen einer Stahlschmelze. Dazu weist der Bodenspülstein 1 ein Rohr 2 als Düse auf, über die ein Inertgas 3, beispielsweise Stickstoff, zur Badbewegung eingeblasen wird. Die Düse/das Rohr 2 ist in einem Monoblock 4 eingebettet, der aus einem feuerfesten Material, beispielsweise Keramik, besteht, der seinerseits von dem feuerfesten Material 5 der Auskleidung des Konverters umschlossen wird.
  • Das Problem bei dieser Verfahrensweise ist, dass durch den hohen Druck und die große Geschwindigkeit des eingeblasenen Inertgases 3 das feuerfeste Material des Monoblocks 4 in der unmittelbaren Umgebung 6 der Düse 2 sowie auch diese selbst voreilend verschleißt.
  • Bei dem in Fig. 2 dargestellten Bodenspülstein 100 ist eine Düsenanordnung vorgesehen, die als Ringspaltdüse 11 aus dem Zentralrohr 2 und einem dieses konzentrisch mit einem Ringspalt 8 umschließenden Außenrohr 7 besteht. Der Düsendurchmesser des Zentralrohres 2 braucht nicht mehr als 5 mm und der der Ringspaltdüse 11 nicht mehr als 1 mm zu betragen.
  • Über das Zentralrohr 2 wird Inertgas 3 und zeitweise Kohlenwasserstoff eingeblasen, während über den Ringspalt 8 der Ringspaltdüse 11 Kohlenwasserstoff und/oder Sauerstoff in einem Gemisch mit Inertgas als Mantelgas 9 geblasen wird. Beim Zusammentreffen des Mantelgases 9 mit der Stahlschmelze wird der Kohlenwasserstoff gespalten. Da diese Reaktion sehr viel Energie benötigt, wird ein Erstarren von Stahl in der unmittelbaren Umgebung 6 der Ringspaltdüse 11 erreicht.
  • In Abhängigkeit von der eingeblasenen Menge des Mantelgases 9 bildet sich ein pilzförmiger, poröser Stahlmantel 10 kreisförmig um die Ringspaltdüsen 11.
  • Der poröse Eisenpilz bzw. Stahlmantel 10 verhindert zum einen den voreilenden Verschleiß des feuerfesten Materials des Monoblocks 4, da er schützend darüber liegt, und zum anderen einen Abbrand der Rohre 2, 7 der Ringspaltdüse 11, da er diese konzentrisch umschließt und somit nach außen hin abschottet.
  • Sollte der poröse Eisenpilz 10 das Zentralrohr 2 der Ringspaltdüse 11 zusetzen, kann dem Inertgas 3 eine geringe Menge Sauerstoff beigemischt werden. Durch die beigefügte Menge Sauerstoff und der damit einhergehenden Reaktion brennt das Zentralrohr 2 frei. Für den Ringspalt 8 kann ebenfalls eine Inertgas-Sauerstoffmischung gefahren werden, wenn sich ein Zusetzen abzeichnet. Der Sauerstoff dient somit nur zur Kontrolle bzw. Ausbildung der Grösse des Eisenpilzes 10.
  • Somit ist vorgesehen, dass bei der Düsenanordnung über den Ringspalt 8 als Mantelgas 9 Cn Hx bzw. Ar oder N2 und (Ar + O2) + (N2 + O2) und über das Zentralrohr 2 ein Inertgas 3, z.B. Ar oder N2, und (Ar + O2) + (N2 + O2) gefahren werden kann.
  • Die Ringspaltdüsen 11 des Konverters sind in einen Regelkreis eingebunden, der einerseits jedes Zentralrohr 2 und den Ringspalt 8 individuell ansteuert sowie regelt und andererseits den Druck, mit dem die Düsen beaufschlagt werden, konstant hält. Sollte es dennoch zu einer über einem oberen Grenzwert liegenden Druckerhöhung kommen, wobei sich der Ringspalt 7 und/oder das Zentralrohr 2 zusetzt, wird über den Regelkreis das System so lange im Modus "Sauerstoff/Inertgas" gefahren, bis der Solldruck wieder erreicht ist.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1; 100
    Bodenspülstein
    2
    Rohr/Zentralrohr
    3
    Inertgas
    4
    Monoblock
    5
    feuerfestes Material der Konverterauskleidung
    6
    Umgebungsbereich
    7
    Außenrohr
    8
    Ringspalt/Spalt
    9
    Mantelgas
    10
    poröser Stahlmantel / Eisenpilz
    11
    Ringspaltdüse

Claims (4)

  1. Verfahren zum Betreiben eines in verteilter Anordnung mehrere aus einem Zentralrohr (2) und einem Außenrohr (7) bestehende Ringspaltdüsen (11) aufweisenden Bodenspülsystems (100) eines BOF-Konverters mit Inertgas-Einblasung zur Entkohlung der Schmelze im Konverter,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass über das Zentralrohr (2) im Betrieb das Inertgas zumindest zeitweise zusammen mit Kohlenwasserstoff und gemeinsam als ein Gasgemisch mit einem durch den Spalt (8) zwischen dem Zentralrohr (2) und dem Außenrohr (7) zugeführten, mit dem Inertgas bzw. Gasgemisch des Zentralrohres (2) reagierenden Mantelgas mit einer Blasrate ≤ 0,045 Nm3/t x Min. zur Badbewegung (9) eingeblasen wird, wobei durch das sich beim Zusammentreffen mit dem flüssigen Stahl spaltende Mantelgas ein die Ringspaltdüsen (11) kreisförmig umschließender, pilzförmiger, poröser Stahlmantel (10) ausgebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Mantelgas Kohlenwasserstoff, Wasserdampf oder CO2 eingeblasen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass dem Inertgas und/oder dem Mantelgas beim Einblasen temporär eine Sauerstoffmenge zugemischt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass jede Ringspaltdüse individuell geregelt und ein konstanter Druck aufrecht erhalten wird.
EP10723541A 2009-06-09 2010-06-08 Verfahren zum betreiben eines bodenspülsystems eines bof-konverters Active EP2440872B1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009024859 2009-06-09
DE102010020179A DE102010020179A1 (de) 2009-06-09 2010-05-11 Verfahren zum Betreiben eines Bodenspülsystems eines BOF-Konverters
PCT/EP2010/003411 WO2010142407A1 (de) 2009-06-09 2010-06-08 Verfahren zum betrelben eines bodenspülsystems eines bof-konverters

Publications (2)

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EP2440872A1 EP2440872A1 (de) 2012-04-18
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Family

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